Soy un programador de computadoras que nunca estudió física en la escuela y ahora está volviendo a morderme un poco en algunas de las cosas que me piden que programe. Estoy tratando de estudiar algo de física por mi cuenta y tengo algunos libros de introducción de física de código abierto y los entiendo en su mayor parte, pero estoy un poco confundido con esta afirmación con la que me topé en una sección sobre fricción estática.
Ya se ha repasado la fórmula de la fricción estática y demás. Entra en una sección que explica que el peso de un tren aumenta la fricción estática entre las ruedas y las vías. Muy bien, tiene sentido. Pero luego dice esto:
La razón por la que las locomotoras están construidas para ser tan pesadas es por tracción. La fuerza normal hacia arriba de los rieles sobre las ruedas, FN, cancela la fuerza hacia abajo de la gravedad, FW, por lo que ignorando los signos más y menos, estas dos fuerzas son iguales en valor absoluto, FN = FW. Dada esta cantidad de fuerza normal, la fuerza máxima de fricción estática es Fs = sFN = sFW. Esta fuerza de fricción estática, de los rieles que empujan hacia adelante las ruedas, es la única fuerza que puede acelerar el tren, empujarlo cuesta arriba o cancelar la fuerza de la resistencia del aire mientras viaja a velocidad constante. El coeficiente de fricción estática de acero sobre acero es de aproximadamente 1/4, por lo que ninguna locomotora puede tirar con una fuerza mayor que aproximadamente 1/4 de su propio peso. Si el motor es capaz de suministrar más de esa cantidad de fuerza, el resultado será simplemente romper la fricción estática y hacer girar las ruedas.
- "Física newtoniana", Luz y materia - Libro 1, p158 B. Crowell http://www.lightandmatter.com/bk1.pdf
Estoy confundido en cuanto a cómo la fricción estática es lo único que puede hacer avanzar el tren. Pensé que la fricción estática era lo que lo mantenía en su lugar en primer lugar. Hay otra fuerza, de la que no puedo pensar en el nombre, pero he oído hablar de alguna parte, que pensé que era más de lo que están describiendo aquí, donde el peso de las ruedas empujando ligeramente hacia abajo y hacia adelante en las vías causa las orugas para empujar hacia arriba y hacia adelante (desde el lado opuesto).
¿Alguien puede explicarme qué está diciendo esto?
Todo esto es una forma complicada (y confusa, o simplemente confusa) de decir que, si quieres que la locomotora tire del tren, no quieres que sus ruedas patinen. Es la fricción lo que evita que las ruedas patinen.
Le sugiero que simplemente elimine esta oración:
Esta fuerza de fricción estática, de los rieles que empujan hacia adelante las ruedas, es la única fuerza que puede acelerar el tren, empujarlo cuesta arriba o cancelar la fuerza de la resistencia del aire mientras viaja a velocidad constante.
El párrafo tiene mucho más sentido sin él. El autor está tratando de llegar a la tercera ley de Newton (reacción igual y opuesta), pero esta forma de expresarlo proporciona más confusión que comprensión.
Lo que debe pensar aquí es que las ruedas ruedan .
Si no hubiera fricción entre las ruedas y la vía, encender la locomotora solo haría que la rueda motriz girara.
La fricción actúa para prevenir o resistir el movimiento relativo entre las dos superficies. Entonces, si hay un par en las ruedas y el punto de contacto no puede moverse con respecto al riel (justo donde toca) debido a la fricción estática, la única forma en que la rueda puede girar es si el tren se mueve con respecto a la rueda.
Hay una pregunta sobre lo que está tratando de aprender sobre la fricción de este complicado ejemplo. Lo que puede ser un poco confuso es que hay dos tipos de fricción, fricción estática y fricción cinética . La fricción cinética es la fricción asociada con dos sustancias que se deslizan una contra la otra, lo que solo puede ocurrir cuando una se mueve con respecto a la otra. Por lo tanto, la fricción cinética está asociada con el movimiento. La fricción estática es la fricción asociada con mantener un objeto estacionario. Sin embargo, cuando uno considera el movimiento de la rueda rodante, la fricción de la rueda rodante es fricción estática, a pesar del movimiento de la rueda, porque la rueda nunca resbala en la pista (o al menos no está destinado a hacerlo).
El nombre de fuerza que está buscando en el último párrafo se llama Fuerza normal. Mire el artículo de Wikipedia sobre fricción si eso ayuda, ya que brinda más ecuaciones y diagramas.
EDITAR (después de un comentario a continuación) De la pregunta y los comentarios originales podemos ver que un componente adicional de esta pregunta era tener una mejor comprensión de un caso más complejo de deformación elástica. Para entender esto, considere un objeto masivo sobre un colchón elástico: entonces habrá una deformación en forma de U o V en el material. Modelar esto requeriría algo de matemática y la Ley de Hooke (F=-kx) parecería la más apropiada como aproximación. Ahora bien, si este objeto se moviera hacia adelante a alguna velocidad v, entonces la deformación correspondiente también viajará a esta velocidad. También sería necesario modelar la tensión superficial del material (que podría rasgarse si la deformación fuera demasiado grande). En conjunto, todo esto provocará deformaciones de adelanto y atraso (y posiblemente oscilaciones) en el material.
Como se trata de un modelo de computadora, no tengo claro si la física de esta oscilación de material tiene que ser exactamente correcta de acuerdo con algunos parámetros y ecuaciones específicos, o si es solo un efecto para demostración en algún juego de computadora. En cualquier caso, se requiere algún modelo adicional para determinar la ecuación de tal movimiento, con base en los principios anteriores. Si estamos tratando con el movimiento de automóviles en carreteras o trenes en vías, este modelado adicional debería ser innecesario y tal deformación elástica puede ignorarse.
A medida que las ruedas intentan rodar, la fuerza de fricción que actúa en el opp evita que lo hagan. dirección. A medida que la fuerza de tracción excede la fuerza de fricción límite, la rueda comienza a rodar hacia adelante sobre los rieles. La fuerza trata de inducir un movimiento relativo entre las ruedas y los rieles. Como los rieles no pueden moverse hacia atrás (debido a la fricción), las ruedas tienen que rodar hacia adelante para inducir el movimiento relativo. La fricción se opone a la rotación de la rueda hasta limitar la fricción.
trata de atraparlo
nibot
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Jorge